Une nouvelle molécule dans l’espace révèle comment se forment les étoiles

Qu’est-ce que la découverte d’un nouvelle molécule dans l’espace? Est-ce que cela modifie notre perception de l’Univers ? La découverte révèle-t-elle des détails sur la formation des étoiles et des planètes ? Des questions de cette nature touchent les chercheurs qui ont récemment découvert le composé 2-métoxiénatol au-delà de la Terre. Il s’agit d’une véritable étape dans le domaine astronomique.

La découverte a été faite par des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology et abordée dans un papier Publié dans Les lettres du journal astrophysique. Parmi les clés de l’enquête l’utilisation de modèles d’apprentissage automatique se démarque, qui a confirmé la présence de 2-méthoxyénatol dans l’espace. De plus, l’équipe dirigée par le professeur Brett McGuire du MIT a utilisé les données fournies par des instruments avancés opérant en Amérique du Sud. Plus précisément, ils ont utilisé des images prises par ALMA, un observatoire situé à Atacama, au nord du Chili.

Pour approfondir les détails de la nouvelle molécule dans l’espace, Hypertextuel Il s’est entretenu avec les personnes impliquées dans cette étape importante pour la science spatiale. D’après les commentaires Zachary TP Fritétudiant diplômé du groupe dirigé par McGuire et auteur principal de l’étude, les progrès de la recherche permettent une meilleure connaissance de la façon dont les étoiles se forment et les processus chimiques complexes impliqués dans ces cas.

Une nouvelle molécule dans l’espace : « Elle est grande et complexe »

Connu ici sur Terre, le 2-méthoxyéthanol est un liquide incolore à légère odeur utilisé dans divers produits. Par exemple dans les laques, les peintures et les additifs pour carburants. Les experts en sécurité incluent cet élément dans la liste des Substances dangereuses, car il peut causer des dommages cellulaires et affecter les organes humains. Or, quel est son rôle dans l’espace, maintenant que sa présence dans cet environnement a été découverte ?

“Notre groupe essaie de comprendre quelles molécules sont présentes dans le régions de l’espace où les étoiles et les systèmes solaires finiront par prendre forme», dit Fried. « Pour les détecter, il faut dans un premier temps avoir une idée de ce que l’on veut rechercher. Nous pouvons alors enregistrer son spectre en laboratoire, ici sur Terre. Et enfin, nous recherchons ce spectre dans l’espace à l’aide de télescopes », explique-t-il.

Il convient de mentionner qu’il existe plusieurs molécules de type « méthoxy » dans l’espace, comme le méthoxyméthanol et le formiate de méthyle, entre autres. Mais la variété récemment découverte est le plus grand et le plus complexe jamais vu. Plus précisément, le 2-méthoxyéthanol contient 13 atomes et est volumineux par rapport aux normes interstellaires. Comme l’ont commenté les chercheurs dans un déclaration du MIT, en 2021, seules six espèces comportant plus de 13 atomes ont été détectées en dehors du système solaire.

Un constat pertinent et multidisciplinaire

La découverte d’une nouvelle molécule dans l’espace repose sur une « détection sûre », selon les termes de Fried. « Nous avons observé 25 lignes de rotation du 2-méthoxyéthanol alignées sur le signal moléculaire. Le code de ce que nous recherchions coïncidait », se réjouit Fried. « Ensuite, nous dérivons les paramètres physiques de la molécule, tels que son abondance et sa température d’excitation. Cela nous permet également de faire progresser l’étude des voies possibles de formation chimique à partir de précurseurs interstellaires connus », ajoute-t-il.

La démarche n’est pas anodine. Comme nous l’avons souligné, le Les découvertes moléculaires aident à comprendre les processus complexes qui se produisent lors de la formation des étoiles. “Les observations continues de grosses molécules et les dérivations ultérieures de leurs abondances nous permettent de faire progresser nos connaissances sur l’efficacité avec laquelle de grosses molécules peuvent être formées et par quelles réactions spécifiques elles peuvent se produire”, explique Fried. “De plus, nous avons eu une opportunité unique. pour étudier comment les différentes conditions physiques de ces sources peuvent affecter la chimie qui peut se produire.

L’équipe de McGuire n’a pas travaillé seule sur cette prouesse scientifique. Pour cette étude, des expériences de l’Université de Lille, en France, et du New College of Florida, aux États-Unis, ont été combinées. De plus, les images fournies par ALMA ont été analysées en collaboration avec des spécialistes de l’Observatoire national de radioastronomie, en Virginie, et de l’Université de Copenhague, au Danemark.

“La collaboration entre divers groupes de recherche a été essentielle au succès de ce projet.“, commente Fried en dialogue avec cette publication. “C’était important car chacun des laboratoires participants dispose d’instruments qui fonctionnent dans des régimes de fréquence différents. En combinant les données, nous avons obtenu un ajustement spectroscopique plus robuste et mieux contraint”, explique-t-il.

Nouvelle molécule dans l’espace : entretien exclusif avec des chercheurs

Pour commencer, pourquoi est-il pertinent de trouver une nouvelle molécule dans l’espace ?

McGuire: Nous souhaitons connaître le processus de formation des étoiles et des planètes. Il est important de comprendre d’où viennent notre planète et notre système solaire. Aussi, pourquoi nous avons la composition chimique que nous avons. De plus, à quoi ressemblent les autres planètes – et peut-être d’autres formes de vie – autour d’autres étoiles. Pour ce faire, nous devons comprendre comment la chimie évolue et contribue à façonner ce processus de formation des étoiles et des planètes.

Pour ce faire, nous comprenons quels différents types de molécules sont présentes pour subir des réactions chimiques aux différentes étapes de ce cycle. Chaque détection d’une nouvelle molécule dans l’espace ajoute une pièce supplémentaire à ce puzzle, aidant à clarifier ce qu’est la chimie et ce qui ne l’est pas dans ces différentes étapes.

En plus de la découverte en soiEst-ce un indicateur d’un processus particulier ?

McGuire: Cette découverte était intéressante en raison de sa relation avec une molécule plus petite, le méthoxyméthanol. Il a été découvert dans NGC 6334I, une région où se forment des étoiles massives. Également dans IRAS 16293, où se forment des étoiles de faible masse. Cela signifie que le méthoxyéthanol nous indique qu’il existe probablement quelque chose de fondamentalement différent dans l’environnement dans lequel se forment les étoiles de masse élevée et dans celui des étoiles de faible masse, ce qui a un impact direct sur la chimie. Si nous pouvons clarifier de quoi il s’agit, nous pourrons alors utiliser nos observations provenant d’autres sources pour mieux comprendre sa physique et le processus de formation des étoiles en général.

Sachant que ces investigations impliquent de nombreuses instances, comment parvenir à la conclusion qu’il existe une nouvelle molécule dans l’espace ?

Frit: Nous mesurons d’abord son spectre de rotation sur Terre. Lorsque nous observons des sources interstellaires avec des radiotélescopes, nous collectons le signal de rotation de toutes les molécules gazeuses de cette région. Étant donné que les molécules terrestres sont soumises aux mêmes lois de la mécanique quantique que celles de l’espace, les fréquences des transitions rotationnelles mesurées en laboratoire devraient s’aligner sur celles observées avec les radiotélescopes. Par conséquent, après avoir collecté et analysé le spectre de rotation du 2-méthoxyéthanol, nous avons comparé le spectre avec les données observées vers NGC 6334I et IRAS 16293.

Cherchaient-ils spécifiquement cette nouvelle molécule dans l’espace ? Ou l’ont-ils « découvert » dans le cadre d’autres enquêtes ?

Frit: Oui, nous recherchions spécifiquement du 2-méthoxyéthanol. Cette molécule était une cible importante pour la détection en raison de sa similitude chimique avec plusieurs des molécules précédemment détectées dans les régions de formation d’étoiles.

Nous savons qu’ils ont collaboré à cette étude avec l’Observatoire ALMA, au Chili. Comment s’est déroulé le travail à distance avec eux ?

Frit: Pour utiliser ce télescope, ALMA envoie une proposition d’observation détaillant ses plans de recherche. Si ces propositions sont acceptées, vous disposerez d’un temps spécifique pour collecter des données provenant de certaines sources interstellaires. Nous utilisons généralement ces télescopes pour collecter le signal de rotation des molécules dans l’espace dans des régions de fréquences à large bande. Parce que ce signal de rotation interstellaire correspondra à l’émission moléculaire mesurée en laboratoire, cela nous permet de détecter de nouvelles molécules dans l’espace !

Y a-t-il une explication au nom 2-méthoxyéthanol ?

Frit: Malheureusement, nous ne sommes pas libres de nommer les molécules que nous avons découvertes. Mais ce serait amusant ! La dénomination suit les conventions de l’Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC), qui standardise le processus de dénomination des molécules.

Enfin, on sait qu’ils ont utilisé l’intelligence artificielle, notamment le machine learning, pour retrouver cette nouvelle molécule dans l’espace. Qu’apporte concrètement cette technologie ?

Frit: Un précédent postdoctorant de notre groupe a développé une méthode d’apprentissage automatique. Cela permet de modéliser l’abondance de molécules détectées dans les sources interstellaires. Nous pouvons ensuite utiliser ces modèles pour prédire quelles molécules pourraient être de solides candidats à la détection dans l’espace. Depuis, nous avons continué à développer ces méthodes et un article récent utilisant cette technique suggère que le 2-méthoxyéthanol pourrait être une cible d’observation importante.

Une nouvelle molécule découverte est le cosmos avec la collaboration d’un observatoire au Chili

À l’aide des prédictions des technologies d’apprentissage automatique, l’équipe a fait ses observations en pointant le grand réseau millimétrique/submillimétrique d’Atacama (ALMA) vers des zones spécifiques de formation d’étoiles. Plus précisément, les régions NGC 6334I et IRAS 16293, mentionnées précédemment par McGuire.

Il Observatoire ALMA Il est situé dans le désert d’Atacama, qui est l’un des endroits les plus secs de la planète, au nord de la carte chilienne, en Amérique du Sud. Son radiotélescope est puissant, composé de 66 antennes. Il a été créé en collaboration entre l’Europe (ESO), l’Amérique du Nord (NRAO) et l’Asie de l’Est (NAOJ), qui ont construit avec le Chili ces installations dédiées à l’étude de « l’univers sombre ».

Comme l’expliquent les responsables du Projet ALMA, les antennes de l’observatoire peuvent être combinées pour fonctionner comme un zoom très puissant. « Des images encore plus nettes sont obtenues que celles du télescope spatial Hubble », soulignent-ils à propos de ce chien de garde de l’astronomie, dont l’objectif principal est de étudier l’enfance de l’Univers et la formation des étoilesdirection vers laquelle pointe la découverte du 2-méthoxyéthanol, la nouvelle molécule de l’espace.